DE10062768A1 - Wärmepumpe - Google Patents

Abstract

Bei einer Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf durch einen Wärmeübertrager WÜ 1 als Verdampfer, durch einen Kompressor V und mindestens einem der Kondensation dienenden Wärmeübertrager WÜ 2, WÜ 3 in Nutzungskreisen NK 2, NK 1 für die Warmwasserbereitung und die Heizung und durch ein folgendes Expansionsventil sowie mit einem zusätzlichen inneren Wärmetausch zwischen dem Kältemittel-Sauggas und dem Kondensat in einem Wärmeübertrager WÜ 4 können bei hohen Temperaturdifferenzen zwischen dem verdampfenden Kältemittel auf der Seite der Wärmequelle und dem Kondensat auf der Seite der Wärmesenke bzw. bei sehr niedrigen Temperaturen auf der Seite der Wärmequelle kritische Betriebszustände für den Kompressor auftreten. Um dieses zu vermeiden, ist ein in dieser kritischen Phase die Strömung des Kondensats durch den inneren Wärmeübertrager WÜ 4 begrenzender, diesen Wärmeübertrager WÜ 4 und das Expansionsventil EV umgehender Bypass By, vorzugsweise in Form einer Drosselkapillare, vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gemäß Patentanmeldung 100 29 655.6.

Wärmepumpen dieser Art besitzen einen Kältemittelkreislauf durch einen Verdampfer, in welchem das Kältemittel verdampft und dabei Wärme aus der Umgebung aufnimmt (Wär­ mequelle), einen Kompressor, in welchem das Kältemittel verdichtet wird, mit nachge­ schalten Verbrauchern zur Abgabe der frei werdenden Kondensationswärme (Wärme­ senke) und ein folgendes Expansionsventil zum Entspannen des Kältemittels, welches dann wieder dem Verdampfer zuströmt. Gemäß der genannten Patentanmeldung erfolgt ein zusätzlicher Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel-Sauggas auf der Seite der Wärmequelle und dem Kondensat auf der Seite der Wärmesenke.

Der Betrieb einer solchen Wärmepumpe ist geprägt durch ein Parameterfeld in Bezug auf Wärmequellen- und Wärmesenkentemperaturen. Mit sinkenden Wärmequellen- und stei­ genden Wärmesenkentemperaturen steigen das Druckverhältnis und die Verdichtungs­ endtemperatur an. Bei der hier beschriebenen Wärmepumpe können die Verdich­ tungsendtemperaturen dann schnell kritische Werte erreichen. Grund sind die sich mit stei­ genden Temperaturen verschlechternden Schmiereigenschaften des Öles (sinkende Vis­ kosität) und die Gefahr der Verkokung des Öles. Bei Hermetikverdichtern bauen die Her­ steller deshalb in der Regel Schwellwertschalter ein, die bei Erreichen einer bestimmten Temperatur (z. B. 130-140°C) den Kompressor abschalten. Aber auch schon in einem gewissen Temperaturbereich unterhalb dieser Schwellwerttemperatur, die quasi einer a­ kuten Gefahrensituation für den Kompressor entspricht, ist ein längerer Betrieb nicht ohne negative Auswirkungen auf die Ölstabilität und damit auf die Lebensdauer des Kompres­ sors möglich (kritischer Temperaturbereich jeweils laut Herstellerangaben). Um das deutli­ che Primärenenergieeinsparungspotenzial der Zweikreiswärmepumpe so weit wie möglich ausnutzen zu können, muss die innere Wärmeübertragung bei niedrigen Wärmequellen­ temperaturen und/oder bei hohen Wärmesenktemperaturen begrenzt werden, und zwar um so mehr, je tiefer die Wärmequellentemperatur sinkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Wärmepumpe die innere Wärmeübertragung bei hohen Temperaturdifferenzen zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke, bzw. bei einer sehr niedrigen Wärmequellentemperatur, auf das notwendige Maß zu begrenzen.

Die erfindungsgemäße Wärmepumpe besitzt die im Patentanspruch 1 genannten Merk­ male.

Die angestrebte Begrenzung der inneren Wärmeübertragung in den genannten kritischen Fällen kann am besten dadurch realisiert werden, dass nicht der gesamte Kältemit­ telmassestrom an der inneren Wärmeübertragung teilnimmt. Ein geregelter Bypass würde allerdings zu einer höheren Komplexität des Systems und vor allem zu einer Verteuerung führen und ist daher nicht wünschenswert. Zu empfehlen ist dagegen ein ungeregelter By­ pass parallel zum inneren Wärmeübertrager und zum Expansionsventil in Form einer Drosselkapillare.

Drosselkapillaren werden in der Kältetechnik, z. B. in Kühlschränken, anstelle eines Expan­ sionsventiles eingesetzt. Prinzipiell harmonieren die Wirkung und die Aufgabe der Kapillare gut. Wenn beim Zweikreiswärmepumpenprozess ohne Kapillare die Verdichtungsendtem­ peraturen hoch sind, lässt sich durch den Einsatz einer Bypasskapillare auch der Masse­ strom durch den inneren Wärmeübertrager verringern. Durch die Wahl einer geeigenten Kapillargeometrie lässt sich die Verdichtungsendtemperatur dort, wo sie kritische Werte erreichen könnte, wirksam reduzieren, während sich die Kapillare andererseits dort, wo eine maximale innere Wärmeübertragung mit resultierendem maximalen Anteil der Enthit­ zung an der Heizwärme wünschenswert ist, nicht kontra-produktiv auswirkt.

Die Zeichnung stellt in einer einzigen Figur ein Wärmepumpenschema als Ausführungsbei­ spiel der Erfindung dar.

Ein Kältemittelkreislauf führt durch eine Wärmequelle mit einem Wärmeübertrager WÜ 1 als Verdampfer, durch einen Kompressor V von dort durch eine Wärmesenke mit einem Wärmeübertrager WÜ 2 in einem höher temperierten Nutzungskreis NK 2 für eine Warm­ wasserbereitung und einem Wärmeübertrager WÜ 3 in einem niedriger temperierten Nut­ zungskreis NK 1 für den Heizbetrieb und anschließend durch ein Expansionsventil EV. In einem inneren Wärmeübertrager WÜ 4 tritt Sauggas aus dem Verdampfer mit Kondensat aus dem Kondensator in einen hocheffizienten Wärmetausch.

Um bei niedrigen Wärmequellentemperaturen (Verdampfungstemperaturen) und/ oder bei hohen Wärmesenkentemperaturen (Temperaturen des Kondensats) die Wärmeübertragung im inneren Wärmeübertrager WÜ 4 zu begrenzen, ist ein den inneren Wärmeübertager WÜ 4 und das Expansionsventil EV umgehender Bypass By in Form einer Drosselkapillare vorgesehen. Die Auswirkung auf den Gesamtpro­ zess ist von dem Durchmesser und der Länge der Kapillare abhängig

Claims (2)

1. Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf durch einen Wärmeübertrager WÜ 1 als Verdampfer, durch einen Kompressors V und mindestens einem der Kondensation die­ nenden Wärmeübertrager WÜ 2, WÜ 3 in Nutzungskreisen NK 2, NK 1 für die Warmwas­ serbereitung und die Heizung und durch ein Expansionsventil EV sowie mit einem zusätzli­ chen inneren Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel-Sauggas und dem Kondensat in einem Wärmeübertrager WÜ 4 gemäß Patentanmeldung 100 29 655.6, gekennzeichnet durch einen bei einer hohen Temperaturdifferenz zwischen der Ver­ dampfungs- und der Kondensatseite, bzw. bei sehr niedrigen Verdampfungstemperaturen, die Strömung des Kondensats durch den inneren Wärmeübertrager WÜ 4 begrenzenden, diesen Wärmeübertrager WÜ 4 und das Expansionsventil EV umgehenden Bypass By.

2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass By als ungeregelter Bypass in Form einer Dros­ selkapillare gestaltet ist.